用16.3动量守恒定律精品-(共26张PPT)

一、系统、内力和外力请阅读教材，回答什么是系统？什么是内力和外力？并以上节课的碰撞为例分析哪些力是内力，哪些时外力？1.系统：存在相互作用的几个物体所组成的整体称为系统，系统可按解决问题的需要灵活选取。2.内力：系统内各个物体间相互用力称为内力。3.外力：系统外其他物体作用在系统内任何一个物体上的力称为外力。内力和外力的区分依赖于系统的选取，只有在确定了系统后，才能确定内力和外力。问题1？•假如你置身于一望无际的冰面上，冰面绝对光滑，你能想出脱身的办法吗？问题2？问题：如图所示，在水平面上做匀速运动的两个小球，质量分别为m1和m2，沿同一直线向相同的方向运动，速度分别为v1和v2，v2v1。当第二个小球追上第一个小球时两球碰撞。碰撞后的速度分别为v1′和v2′。碰撞过程第一个小球所受第二个球对它的作用力是F1，第二个球所受第一个球对它的作用力是F2，试用牛顿定律分析碰撞过程。二、动量守恒定律m2m1v2v1F1m2F2m1v’2v’12211amam2211amam22112211vmvmvmvm1.推导过程：根据牛顿第二定律，碰撞过程中1、2两球的加速度分别是根据牛顿第三定律，F1、F2等大反向，即F1=-F2所以碰撞时两球间的作用时间极短，用△t表示，则有，代入并整理得这就是动量守恒定律的表达式。111mFa222mFatvva111tvva222，1.内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。2.数学表达式：△p=0△p1=-△p2（两物系统）注：定律的表达式是矢量式，解题时选取正方向后用正、负来表示方向，将矢量运算变为代数运算。三、动量守恒定律4.动量守恒定律的适用条件内力不改变系统的总动量，外力才能改变系统的总动量，在下列三种情况下，可以使用动量守恒定律：（1）系统不受外力或所受外力的矢量和为零。（2）系统所受外力远小于内力，如碰撞或爆炸瞬间，外力可以忽略不计。（3）系统某一方向不受外力或所受外力的矢量和为零，或外力远小于内力，则该方向动量守恒（分动量守恒）。两小车在运动过程中，相互排斥的磁力属于内力，整个系统的外力即重力和支持力的和为零，所以系统动量守恒。思考分析系统所受的外力有：重力、地面对木块支持力、竖直墙对弹簧的支持力，三者之和不为零，所以系统动量不守恒。在光滑水平面的车上有一辆平板车，一个人站在车上用大锤敲打车的左端.在连续的敲打下,这辆车能持续地向右运动吗?说明理由.三、动量守恒定律解题的一般步骤：(1)明确题意，明确研究对象；(2)受力分析，判断是否守恒；(3)确定动量守恒系统的作用前总动量和作用后总动量；(4)选定正方向根据动量守恒定律列出方程；(5)解方程，得出结论。例1.在列车编组站里，一辆质量m1=1.8×104kg货车在平直轨道上以v1=2m/s的速度运动，碰上一辆m2=2.2×104kg的静止的货车，它们碰撞后结合在一起继续运动。求货车碰撞后运动的速度。例2.在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧，如图所示。用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态。将两小车及弹簧看做一个系统，下列说法中正确的是()A.两手同时放开后，系统总动量始终为零B.先放开左手，再放开右手后，动量不守恒C.先放开左手，再放开右手后，总动量向左D.无论何时放手，两手放开后，在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变,但系统的总动量不一定为零ACD练习1.关系系统动量守恒的条件，下列说法正确的是（）A.只要系统内存在摩擦力，系统动量就不可能守恒B.只要系统中有一个物体具有加速度，系统动量就不守恒C.只要系统所受的合外力为零，系统动量就守恒D.系统中所有物体的加速度为零时，系统的总动量不一定守恒C练习2.质量为m的物体在某一高度处由静止自由下落，与地面相碰后又被弹起来，已知物体的质量为0.2kg，开始下落时高度为5m，弹起的最大高度为0.8m，重力加速度g取10m/s2，取向下为正方向，则下列说法正确的是（）A.物体与地面相碰时的动量变化为2.8kg·m/sB.物体与地面相碰时的动量变化为﹣2.8kg·m/sC.物体与地球组成的系统，在物体与地球相碰过程中总动量守恒D.物体与地球组成的系统，在物体下落至弹起的过程中总动量守恒BCD练习3.质量为M的金属球，和质量为m的木球用细线系在一起，以速度v在水中匀速下沉，某一时刻细线断了，则当木块停止下沉的时刻，铁块下沉的速率为多少？（水足够深，水的阻力不计）vv’vMmMvvMvmM)(系统外力之和总为零，系统动量守恒：（取初速度方向为正向）2.爆炸过程初状态是指炸弹将要爆炸前瞬间的状态，末状态是指爆炸力刚停止作用时的状态，只要抓住过程的初末状态，即可根据动量守恒定律列式求解。五、关于爆炸问题1.爆炸问题的特点最简单的爆炸问题是质量为M的物体，炸裂成两块，这样我们就可以认为未炸裂前是由质量为m和(M-m)的两块组成。爆炸过程时间短，爆炸力很大，炸裂的两块间的内力远大于它们所受的重力，所以可认为爆炸前后系统的动量守恒。分析：炸裂前，可以认为导弹是由质量为m1和(m-m1)的两部分组成，导弹的炸裂过程可以看做这两部分相互作用的过程。这两部分组成的系统是我们的研究对象。在炸裂过程中，炸裂成的两部分都受到重力的作用，所受外力的矢量和不为零，但是它们所受的重力远小于爆炸时燃气对它们的作用力，所以爆炸过程中重力的作用可以忽略，可以认为系统满足动量守恒定律的条件。例3.一枚在空中飞行的导弹，质量为m，在某点的速度为v，方向水平。导弹在该点突然炸裂成两块(如图)，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。若沿炸裂前速度v的方向建立坐标轴，v为正值；v1与v的方向相反，v1为负值。此外，一定有m一m10。于是，由上式可知，v2应为正值。这表示质量为(m一m1)的那部分沿着与坐标轴相同的方向飞去。这个结论容易理解。炸裂的一部分沿着相反的方向飞去，另一部分不会也沿着相反的方向飞去，假如这样，炸裂后的总动量将与炸裂前的总动量方向相反，动量就不守恒了。解：导弹炸裂前的总动量为p=mv炸裂后的总动量为p′=m1v1+(m-m1)v2根据动量守恒定律p′=p，可得m1v1+(m-m1)v2=mv解出v2=(mv-m1v1)/(m-m1)60。v1v2v’系统水平方向不受外力，水平方向动量守恒：（取v2方向为正向）vmMMvmv)(60cos12)(2212MmMvmvv六、分方向动量守恒问题例4.一辆质量为M的小车以速率v1在光滑的水平面上运动时，恰遇一质量为m，速率为v2物体以俯角600。的速度方向落在车上并陷于车里的砂中，求此后车的速度。七、多个物体组成的系统问题例5.物体A、B紧靠并列放在光滑水平面上，mA=500g，mB=400g，另有一质量为mC=100g的物体C以10m/s的水平初速度擦着A、B表面经过，在摩擦力的作用下A、B物体也运动起来，最后C物体在B上与B一起以1.5m/s的速度运动，则C离开A物体时，A、C的速度各为多少？vmmvmvmCBAAC)(0smmvmmvmvACBCA/5.0)(0CCABACvmvmmvm)(0smmvmmvmvCABACCC/5.5)(设A的速度为vA当C越过A进入B时，AB的速度的速度相等，而且是v=0.5m/s。八、牛顿运动定律与动量守恒定律的解题比较例6.如图所示，质量mB=1kg的平板小车B在光滑水平面上以v1=1m/s的速度向左匀速运动．当t=0时，质量mA=2kg的小铁块A以v2=2m/s的速度水平向右滑上小车，A与小车间的动摩擦因数为μ=0.2。若A最终没有滑出小车，取水平向右为正方向，g＝10m/s2。求：A在小车上停止运动时，小车的速度大小（试用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题）。ga2方法二:用牛顿运动定律设小车做匀变速运动的加速度为a1，运动时间为t小铁块做匀变速运动的加速度为a2，运动时间为t由牛顿运动定律得：BAmgma1解析：方法一：用动量守恒定律A在小车上停止运动时，A、B以共同速度运动，设其速度为v，取水平向右为正方向，由动量守恒定律得：mAv2-mBv1=(mA+mB)v解得，v=1m/s所以v1+a1t=v2-a2t解得：t＝0.5s则得：v=v1-a1t=-1+4×0.5=1m/s练习4.某炮车的质量为M，炮弹的质量为m，炮弹射出炮口时相对于地面的速度为v，设炮车最初静止在地面上，若不计地面对炮车的摩擦力，炮车水平发射炮弹时炮车的速率为。若炮身的仰角为α，则炮身后退的速率为。解：将炮弹和炮身看成一个系统，在水平方向不受外力的作用，水平方向动量守恒。所以：0=mv-MV1∴V1=mv/M0=mvcosθ-MV2∴V2=mvcosθ/M练习5.质量m1=10g的小球在光滑水平面上以V1=30cm/s的速率向右运动，恰遇上质量m2=50g的小球以V2=10cm/s的速率向左运动，碰撞后小球m2恰好静止，那么碰撞后小球m1的速度大小是多大？方向如何？解：以水平向右方向为正方向V1=30cm/s，V2=-10cm/s，V2′=0根据动量守恒定律：m1V1+m2V2=m1V1′+m2V2′解得：V1′=-20cm/s